Controladores programáveis - Rede e-Tec, Notas de estudo de Mecatrônica

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Controladores Programáveis

Marcos Daniel Zancan

Santa Maria - RS

RIO GRANDEDO SUL

INSTITUTOFEDERAL

Presidência da República Federativa do Brasil Ministério da Educação Secretaria de Educação a Distância

Comissão de Acompanhamento e Validação Colégio Técnico Industrial de Santa Maria/CTISM Coordenador Institucional Paulo Roberto Colusso/CTISM Professor-autor Marcos Daniel Zancan/CTISM Coordenação Técnica Iza Neuza Teixeira Bohrer/CTISM Coordenação de Design Erika Goellner/CTISM

Revisão Pedagógica Andressa Rosemárie de Menezes Costa/CTISM Francine Netto Martins Tadielo/CTISM Marcia Migliore Freo/CTISM Revisão Textual Lourdes Maria Grotto de Moura/CTISM Vera da Silva Oliveira/CTISM Revisão Técnica Eduardo Lehnhart Vargas/CTISM Diagramação e Ilustração Gustavo Schwendler/CTISM Leandro Felipe Aguilar Freitas/CTISM Marcel Santos Jacques/CTISM Máuren Fernandes Massia/CTISM Rafael Cavalli Viapiana/CTISM Ricardo Antunes Machado/CTISM

Ficha catalográfica elaborada por Denise Barbosa dos Santos – CRB 10/ Biblioteca Central – UFSM

© Colégio Técnico Industrial de Santa Maria Este Material Didático foi elaborado pelo Colégio Técnico Industrial de Santa Maria para o Sistema Escola Técnica Aberta do Brasil – e-Tec Brasil.

Z27c Zancan, Marcos Daniel. Controladores programáveis / Marcos Daniel Zancan. – 3. ed. – Santa Maria : Universidade Federal de Santa Maria : Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, 2010. 54 p.: il.

**1. Automação industrial. 2. Controlador programável.

3. Microprocessador. 4. Entrada digital. 5. Entrada analógica.
4. Dispositivos digitais. I.Título. CDU: 681.**

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Indicação de ícones

Os ícones são elementos gráficos utilizados para ampliar as formas de linguagem e facilitar a organização e a leitura hipertextual.

Atenção : indica pontos de maior relevância no texto.

Saiba mais : oferece novas informações que enriquecem o assunto ou “curiosidades” e notícias recentes relacionadas ao tema estudado.

Glossário : indica a definição de um termo, palavra ou expressão utilizada no texto.

Mídias integradas : sempre que se desejar que os estudantes desenvolvam atividades empregando diferentes mídias: vídeos, filmes, jornais, ambiente AVEA e outras.

Atividades de aprendizagem : apresenta atividades em diferentes níveis de aprendizagem para que o estudante possa realizá-las e conferir o seu domínio do tema estudado.

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• Palavra do professor-autor Sumário
• Apresentação da disciplina
• Projeto instrucional
• Aula 1 – Noções básicas de controladores programáveis
  • 1.1 Histórico
  • 1.2 Definição
  • 1.3 Evolução
  • 1.4 Aplicações e vantagens
  • 1.5 Funcionamento
  • 1.6 Estrutura interna de um CLP
  • 1.7 Classificação dos CLP
• Aula 2 – Variáveis de entrada e saída
  • 2.1 Entradas digitais
  • 2.2 Entradas analógicas
  • 2.3 Saídas digitais
  • 2.4 Saídas analógicas
• Aula 3 – Dispositivos de entrada e saída para CLP
  • 3.1 Dispositivos para entradas digitais
  • 3.2 Dispositivos para entradas analógicas
  • 3.3 Dispositivos para saídas digitais
  • 3.4 Dispositivos para saídas analógicas
• Aula 4 – Instalação e programação
  • 4.1 Instalação
  • 4.2 Programação
• Aula 5 – Projetos com controladores programáveis
• Referências
• Currículo do professor-autor

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Apresentação da disciplina

A automação é uma das mais inovadoras conquistas do ser humano. Desde os primórdios, o homem utiliza a energia química dos alimentos para a manutenção de suas funções vitais, bem como na realização de trabalho através de seus músculos. Em busca da sobrevivência, o homem evoluiu, e foi descobrindo outras formas de energia disponíveis no planeta, utilizando-as em seu benefício, atendendo assim às suas necessidades.

Estas novas modalidades energéticas permitiram a mecanização de diversas atividades, reduzindo drasticamente o trabalho braçal do ser humano, exi- gindo, porém, atividades de gerenciamento e controle, muitas vezes extre- mamente monótonas e repetitivas.

Dessa forma, com o desenvolvimento da automação, o ser humano liber- tou-se do controle de tarefas repetitivas, passando a gerenciar e planejar atividades mais complexas, proporcionais à capacidade cognitiva do cérebro humano.

Neste contexto, os controladores programáveis constituem-se como ferra- mentas de fundamental importância na automação de processos industriais, sendo amplamente utilizados no controle de processos, independentemente de sua complexidade.

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Disciplina : Controladores Programáveis (carga horária: 90h).

Ementa : Noções básicas de controladores programáveis, variáveis de entrada e saída, dispositivos de entrada e saída para CLP, instalação e programação e projetos com controladores programáveis.

AULA (^) APRENDIZAGEMOBJETIVOS DE MATERIAIS

CARGA HORÁRIA (horas)

1. Noções básicas de controladores programáveis

Reconhecer, através do histórico e evolução dos Controladores Lógicos Programáveis (CLP), suas aplicações e vantagens. Compreender o princípio básico de funcionamento de um CLP, identificando sua estrutura interna.

Ambiente virtual. Apostila didática. Recursos de apoio: links , exercícios, textos complementares, videoconferência.

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2. Variáveis de entrada e saída

Reconhecer variáveis digitais e variáveis analógicas. Diferenciar as entradas e saídas digitais e analógicas de um CLP. Identificar os módulos de entrada e saídas digitais e analógicas de um CLP.

Ambiente virtual. Apostila didática. Recursos de apoio: links , exercícios, textos complementares, videoconferência.

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3. Dispositivos de entrada e saída para CLP

Identificar e diferenciar os dispositivos para entradas e saídas analógicas e digitais de CLP. Relacionar os diferentes dispositivos de entrada/saída às diferentes estratégias de controle.

Ambiente virtual. Apostila didática. Recursos de apoio: links , exercícios, textos complementares, videoconferência.

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4. Instalação e programação

Compreender as características de instalação de CLP, utilizando diferentes dispositivos para entradas e saídas. Reconhecer diferentes estruturas de linguagem para programação de CLP. Diferenciar funções básicas, combina- das e especiais da linguagem Ladder , compreendendo sua estrutura de funcionamento.

Ambiente virtual. Apostila didática. Recursos de apoio: links , exercícios, textos complementares, videoconferência.

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5. Projetos com controladores programáveis

Aplicar os conhecimentos de controlado- res programáveis e linguagem de progra- mação Ladder na solução de problemas de automação industrial. Desenvolver projetos práticos de automação industrial com controladores programáveis, definindo dispositivos de entrada e saída e simulando o funciona- mento do programa em Ladder.

Ambiente virtual. Apostila didática. Recursos de apoio: links , exercícios, textos complementares, videoconferência.

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Projeto instrucional

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Desta forma, em 1968, a General Motors desenvolveu o primeiro CLP, com grande versatilidade de programação e fácil utilização, o qual vem sendo aperfeiçoado constantemente, a fim de atender suas diversas aplicações atuais em automação de processos.

1.2 Definição De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), o CLP é um equipamento eletrônico digital, com hardware e software compatível com as aplicações industriais.

De acordo com Associação Nacional de Fabricantes de Equipamentos Elé- tricos dos Estados Unidos da América ( National Electrical Manufacturers Association – NEMA), o CLP é um aparelho eletrônico digital, que utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e para implementar funções específicas, tais como lógica, sequenciamento, tem- porização, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos.

1.3 Evolução A evolução dos Controladores Programáveis pode ser dividida em cinco gerações.

Na 1ª geração, a programação era feita em Assembly , exigindo do progra- mador o conhecimento completo do hardware do equipamento, isto é, de seus componentes eletrônicos.

Na 2ª geração, surgiram as linguagens de nível médio, com programas para converter em linguagem de máquina o programa desenvolvido pelo usuário.

Na 3ª geração, os CLPs apresentavam entradas de programação, permitindo sua conexão a teclados ou programadores portáteis.

Na 4ª geração, os CLPs apresentavam entrada para comunicação serial, pos- sibilitando sua programação diretamente de um computador. O software de programação instalado no computador permitia, além da programação e transferência do programa ao CLP, testar o funcionamento do programa.

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Os CLPs de 5ª geração apresentam padrões de protocolos de comunicação, facilitando a interface com outros equipamentos e também com sistemas supervisórios.

1.4 Aplicações e vantagens A redução do custo dos CLPs associada à diversidade de fabricantes, modelos e funções programáveis torna-os aplicáveis na automação industrial, comer- cial e residencial, controlando processos de micro a grande porte, desde o controle do sistema de alarme de uma residência até o controle do processo de soldagem robotizado nas linhas de produção de automóveis.

As principais vantagens dos CLPs em relação aos painéis eletromecânicos são:

• Maior confiabilidade e flexibilidade;
• Utilização de menos espaço;
• Consumo de menos energia;
• Fácil programação/reprogramação;
• Reutilizável para outros processos;
• Maior rapidez na elaboração dos projetos;
• Capacidade de comunicar-se com outros dispositivos.

1.5 Funcionamento Para entendermos o funcionamento básico de um CLP, podemos dividí-lo em três partes básicas: entradas, unidade central de processamento e saídas, conforme mostra a Figura 1.1.

Figura 1.1: Estrutura básica de um CLP Fonte: CTISM

Pesquise mais sobre sistemas supervisórios, acessando: http://www.centralmat.com. br/artigos/mais/oquesao sistemassupervisorios.pdf

Aula 1 - Noções básicas de controladores programáveis 17 e-Tec Brasil

1.5.2 Verifica o estado das entradas O CLP faz a leitura do estado de cada uma das entradas, verificando se alguma foi acionada. Este procedimento dura alguns micro segundos.

1.5.3 Transfere os dados para a memória Após realizar a leitura do estado das entradas, o CLP armazena as informa- ções obtidas em uma memória chamada “memória imagem das entradas e saídas”. Esta memória será consultada pelo CLP durante o processamento do programa do usuário.

1.5.4 Compara com o programa do usuário Ao executar o programa do usuário, o CLP consulta a memória imagem das entradas, atualizando a memória imagem das saídas, de acordo com as instruções do programa do usuário.

1.5.5 Atualiza as saídas Após atualizar a memória imagem das saídas, o CLP atualiza as interfaces ou módulos de saída, iniciando então um novo ciclo de varredura.

1.6 Estrutura interna de um CLP O CLP é um dispositivo microprocessado, constituído por um microprocessa- dor ou um microcontrolador, um programa monitor, uma memória de pro- grama, uma memória de dados, uma ou mais interfaces de entrada, uma ou mais interfaces de saída e circuitos auxiliares, conforme mostra a Figura 1.3.

Figura 1.3: Estrutura interna de um CLP Fonte: CTISM

A diferença básica entre microprocessador e microcontrolador é que o microprocessador consiste no elemento central de processamento, necessitando, para seu funcionamento, componentes adicionais, tais como memórias. Já o microcontrolador possui todas estas funcionalidades integradas num único chip.

Aula 1 - Noções básicas de controladores programáveis 19 e-Tec Brasil

1.6.1 Fonte de alimentação A fonte de alimentação de um CLP tem por finalidade converter a tensão de alimentação (110 a 220 Vca) para a tensão de alimentação dos circuitos eletrônicos (5 Vcc para o microprocessador, memórias e circuitos auxiliares e 12 Vcc para comunicação com o programador ou computador), bem como manter a carga da bateria e fornecer tensão para alimentação das entradas e saídas (12 ou 24 Vcc).

1.6.2 Unidade de processamento A CPU é responsável pelo funcionamento lógico de todos os circuitos. Em CLP modulares, a CPU geralmente está contida em apenas uma placa sepa- rada das demais. Já em CLP de menor porte, a CPU e os demais circuitos geralmente estão contidos numa mesma placa.

1.6.3 Bateria A bateria utilizada em CLP tem por finalidade manter a alimentação do cir- cuito do relógio de tempo real e manter parâmetros ou programas (quando utilizar memória do tipo RAM), mesmo em falta de energia elétrica.

1.6.4 Memória do programa monitor O programa monitor é responsável pelo funcionamento geral do CLP, geren- ciando todas as atividades do CLP. Este programa não pode ser alterado pelo usuário, sendo armazenado em memórias do tipo PROM, EPROM ou EEPROM, e funciona de forma semelhante ao sistema operacional dos computadores.

1.6.5 Memória do usuário Nesta memória é armazenado o programa desenvolvido pelo usuário, o qual pode ser alterado, tornando flexível a programação. Este programa geralmente é armazenado em memórias do tipo RAM, EPROM, EEPROM E FLASH-EPROM, cuja capacidade varia de acordo com a marca e o modelo de CLP.

1.6.6 Memória de dados Tem por finalidade armazenar os dados do programa do usuário, tais como valores de temporizadores, contadores, senhas, etc. Geralmente, a memória de dados utiliza partes da memória RAM do CLP.

1.6.7 Memória imagem das entradas e saídas Esta memória armazena informações dos estados das entradas e saídas do CLP, funcionando como uma tabela onde a CPU buscará informações durante o processamento do programa de usuário.

Pesquise mais sobre os diferentes tipos de memórias, acessando: http://pt.wikipedia.org/wiki/ mem%c3%b3ria_(computador)

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